光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势

光学遥感立体测绘技术综述及发展趋势

张莉

松辽众鼎工程设计集团有限公司  黑龙江 哈尔滨 150036

摘要：遥感测绘技术不仅是我们获得地球地理空间信息的重要方式，而且是我们解决全球无图区、困难区测绘的重要手段。测绘卫星具非常强的立体测绘功能，以立体化角度来观测地面目标的物理特性与几何属性。而光学遥感立体测绘技术以及具有光学传感器、高分辨率测绘卫星最为常见。

关键词：光学遥感立体测绘技术；未来发展；发展趋势；高分辨率

一、光学遥感立体测绘技术

光学遥感立体测绘技术的具体来说有以下几项：测绘相机与时间同步技术、卫星定轨定姿技术、影像压缩和质量评价技术、几何定标和立体测图技术。

1、测绘相机与时间同步技术

三线阵测绘相机是由三个独立 CCD摄像机组成的，三个 CCD摄像机保持正视、前视、后视特定的交会角度构成。卫星运行期间，三个测绘相机随意扫描都将获得三个不同角度并且相互重叠的影像。只有测绘相机镜头质量优良，内方位元素稳定，才能维持高精度的三维测量。

测绘卫星通过三线阵测绘相机进行扫描摄像，分毫之间的差异都将导致定位几米的差距，导致测绘影像的定位精度明显下降。因此，测绘卫星应当适当添加具有高效载荷时间、高精度的系统，确保卫星在 CCD推扫摄影上的时间保持一致，从而满足测绘任务的相关要求。

2、卫星定轨定姿技术

在利用航天遥感影像对地面进行精密定位时，为确保其测量精度、姿态方面的准确度，往往还需利用地面控制点进行辅助。若不能在区域内设置控制点，则无控制点摄影测量技术的优势就难以突显。三线阵测绘卫星在无控制点摄影测量时要符合三个条件，从而最终实现立体测量工作与定位目标任务。一是要利用仪器设施对卫星运行轨道进行了位置测定，给出了三个外方位位置要素；二是应利用三线阵测绘相机对地面进行推进扫描，获得三个重叠的航带影像；三是对卫星姿态进行了三个外方位角的测定。GPS接收机是一种常见的用于测量卫星轨道的仪器，星敏感器、红外姿态测量仪等仪器是最常见的卫星姿态测量设施。

3、影像压缩质量评价技术

随着测绘卫星成像技术不断增强，遥感测绘技术不断优化，影像数据的规模不断扩大，但由于传输渠道限制，目前只能对影像数据进行压缩处理。遥感影像压缩质量评估的对象是被压缩图像，评估包括数据影像的几何质量、影像质量和图像的主观感知，影像的压缩质量评估结果将会制定测绘卫星压缩算法和压缩比指标方面给予重要的参考数据支持。影像压缩质量评价包括影像的几何质量评价以及影像构象质量评价。而立体测绘影像图像与定位应重点关注立体测绘影像压缩之后会对几何精度产生的影像，所以影像几何质量评价十分重要。影像几何质量评价主要包括了测量点定位精度评价以及影像匹配程度评价等几个方面。影像构象质量评价则包括主观评价与客观评价两种，相比之下，客观评价应用范围更广，而且客观评价目前已经逐渐构成系统化、高效率、高质量的算法体系。

4、几何定标及立体测图技术

高精度的标定是测绘相机几何参数的基本保证，同时也是卫星定位精度的基础条件，从而实现立体测绘影像在卫星影像数据几何定位方面的标准和要求，利用地面高精度二维转台与平行光管进一步确定三线阵立体测绘相机的几何标定。在轨运行过程中，测绘相机的几何参数会因空间环境改变而产生变化，从而引起系统误差，进而影像卫星几何定位精度。由此来看，卫星在轨几何标定是一项非常重要的工作，要及时进行误差校正。明确误差产生原因，以误差根源对卫星定位造成的影响着手，根据误差变化特点来确定标定方案。

二、光学测绘卫星发展问题与趋势

1、存在问题

(1)摄影数据有效率低。光学测绘卫星在运行过程中容易受到天气因素的影响。尽管在卫星测绘工作规划工作需要以天气预报信息为依据，来确定摄影计划，并对其进行上注指令。但是，由于不能对测绘方案进行实时、动态化更新，导致测绘数据中出现了大量的无效数据，星上的存储资源和数据传输资源产生了极大的浪费。这是目前所有的光学测绘卫星以及遥感卫星都面临的一个共同问题。

(2)数据传输压力大。光学立体测绘卫星最明显的特征就是具有大幅宽、高分辨率立体影像。在同样的测绘条件下，光学立体测绘影像是单线阵相机影像的两到三倍，并且在轨拍摄的数据数量远远超过了其它的光学遥感卫星。由于测绘卫星具有庞大的数据量，因此对星上的数据传输通道数量、性能和地面站的布置都有很高的要求，虽然使用了中继卫星来传输数据，但目前还不能彻底解决这个问题。

2、发展趋势

首先，星上智能探测与存储。一是在卫星上适当添加了气象变化检测装置，实现了实时性气象预测，防止了测绘无效；二是运用人工智能等先进化技术手段，对星上在轨光学遥感数据进行实时智能云判技术的研究，从而可以自动剔除星上的无效摄影数据，不需要对无效数据进行存储和下传，从而极大地节约了星上的存储空间和数传资源。

其次，星上和地面数据智能处理。提升卫星数据智能化处理能力，将一些可以在地面实现自动处理的工作转移到卫星上，将得到的数据直接下传，其他数据按照不同的专业在地面加以处理。与此同时，还要提升地面数据处理的自动化、智能化程度，将可靠的地面高精度控制数据充分运用起来，实现区域智能数据的调整与更新，以保证全球基础性测绘产品的现势性与可靠性。

再次，多星组网协同探测。多颗卫星组成的网络能够扩大卫星的覆盖范围，提升卫星对地观测的时间分辨率，并能保证卫星影像的时效性。而利用光学卫星与微波卫星进行联合探测，则能达到两者的优势互补。所以，从卫星的初始设计开始，一直到其在轨的运转过程中，都要对不同的卫星组网运行的几何构型、轨道面位置、轨道倾角和不同负载类型的卫星的合理搭配等问题进行全面的考量，保证能够达到对不同纬度地区的数据全天时、全天候的获取能力。

三、光学遥感立体测绘技术发展趋势

在未来发展过程中，光学遥感立体测绘技术的发展变化趋势应当包含有以下几个部分：立体测绘影像压缩、多源遥感影像复合式立体测图和定位等。当前，对于立体测绘影像压缩技术的研究尚处于起步阶段，今后的发展将会考虑到测绘影像的特点，探讨如何根据绘制图像的特点，探讨不同视角产生的测绘影像中的视差加以估计与补偿，并制定出适用于绘制影像的高效化影像压缩算法。从立体空间匹配的观点出发，探讨能够更加高效地保障编码速率和匹配准确度的编码方法。从实际出发，总结出保真度更高、实时性更强的压缩算法。在光学遥感立体测绘技术发展过程中，提出了一种基于多源遥感影像复合式立体测图与定位发展方向。总结原有的单型传感器立体定位技术特性，在此基础上利用各种传感器获得测绘影像，以上影像建立立体化复合式测绘影像定位，有着非常重大的实际意义。

结束语

高时间、高空间、高高光谱分辨率将成为光学遥感立体测绘的主要发展趋势，并将结合多项先进化、现代化技术进行立体测绘。近年来，随着大数据和人工智能等技术的不断涌现，也有可能会为遥感测绘带来一定的发展机会。可以通过使用大数据和机器学习，来适应卫星成像的相关参数调整，进而提高数据处理效率和传输质量，提高更好服务。

参考文献

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[2] 曹潞. 人工智能时代测绘遥感技术的发展机遇与挑战[C]//中国智慧城市经济专家委员会.2023年智慧城市建设论坛上海分论坛论文集.[出版者不详],2023:437-439.